Comment fonctionnent les pignons : structure de base et principe de fonctionnement

Les pignons jouent un rôle crucial dans les machines industrielles et les systèmes de transmission de puissance pour faciliter des mouvements fluides. Ils sont peut-être simples, mais sans eux, des secteurs tels que l’agriculture, l’automobile, la marine ou la construction ne pourraient pas fonctionner efficacement. Cela soulève la question : comment fonctionnent les pignons ?

Cet article abordera la structure de base et les principes de fonctionnement des pignons, vous aidant ainsi à prendre des décisions judicieuses en matière de maintenance.

Que sont les pignons ?

Un pignon est un rotatif denté qui verrouille une chaîne ou une chenille pour transmettre le mouvement. Les pignons trouvent une application dans les systèmes entraînés par chaîne, où il est nécessaire de maintenir la vitesse et le couple constants. Les caractéristiques communes d'un pignon comprennent :

● Compatibilité des chaînes, par exemple chaîne à rouleaux, chaîne silencieuse ou chaîne de convoyeur.

● Transmission du mouvement en mouvement rotatif linéaire ou synchronisé.

● Conception de roue dentée avec dents régulièrement espacées pour un engagement parfait

● Durabilité pour résister à la charge et au fonctionnement continu.

En raison de leur polyvalence, les pignons sont souvent utilisés dans les équipements industriels, les machines agricoles, l'industrie automobile, les systèmes électriques et les applications générales.

Structure de base d'un pignon

Les dents

Les dents font partie d'un pignon qui s'engage dans les maillons de la chaîne. Leur fonction est de transmettre le couple du pignon à la chaîne. Ils sont également utilisés pour maintenir l’harmonie des arbres menant et mené. De plus, ils réduisent le glissement contrairement aux systèmes entraînés par courroie.

Voici les éléments de base des dents :

● Pas : Il s'agit de la distance entre les points sur les dents adjacentes. Le pas des dents doit être le même que celui de la chaîne pour s'engager efficacement.

● Profil des dents : les dents du pignon peuvent être courbées ou profilées pour réduire la friction et l'usure.

● Nombre de dents : le nombre de dents (petites ou grandes) a un impact direct sur la vitesse, l'accélération, la transmission du couple et l'efficacité.

● Largeur des dents : La largeur des dents doit être compatible avec le rouleau de chaîne pour un engagement en douceur.

● Durcissement : les dents peuvent être durcies pour les rendre adaptées aux applications à grande vitesse et à usage intensif. Leur durée de vie est également augmentée par des traitements de durcissement adaptés.

Le centre

Le moyeu est la partie du pignon où se trouvent l'alésage et la clavette. Le moyeu fournit le point de montage du pignon à fixer à l'arbre. Il permet également un soutien structurel et une coordination des rotations.

Il existe trois types de hubs, chacun ayant ses fonctions distinctes :

● Moyeu plein : le moyeu plein se trouve généralement dans les pignons plus petits avec de faibles exigences de couple. En tant que pièce unique et solide, elle offre une résistance maximale aux systèmes de transmission.

● Moyeu divisé : Le moyeu divisé permet un processus d'installation et de retrait facile sans retirer l'arbre lui-même.

● Moyeu conique : Ce type de moyeu se retrouve dans les pignons pour un alignement précis. Il est utilisé dans les systèmes nécessitant un jeu minimal. Lorsqu'il est utilisé avec des bagues à verrouillage conique, il garantit un ajustement serré avec des risques réduits de glissement.

Le moyeu assure la stabilité en équilibrant la répartition des forces de l'arbre sur le corps du pignon. Il fournit également une fixation sécurisée, avec des vis, des clés ou des mécanismes de verrouillage. Un moyeu robuste peut supporter les énormes charges de choc exercées sur les pignons, tandis qu'un moyeu faible peut provoquer une rupture d'arbre.

La jante et l'alésage

La jante est la partie extérieure du pignon qui maintient les dents. Il peut être épais ou fin. Des jantes épaisses sont utilisées dans les pignons robustes pour résister à de lourdes charges. Les jantes fines sont légères et conviennent donc aux pignons légers avec une capacité de charge réduite.

La jante répartit uniformément la tension sur le corps du pignon, agissant comme un tampon pour absorber les chocs dus à la tension de la chaîne.

L'alésage est le trou par lequel passe l'arbre. Il peut être simple, fini, à clé ou à verrouillage conique. L'alésage simple est simple, généralement équipé de vis de réglage ou de clés. Un alésage fini est pré-usiné pour s'aligner sur un diamètre d'arbre spécifique.

Un alésage claveté comporte une rainure pour empêcher la rotation entre l'arbre et le pignon. L'alésage Taper-Lock utilise un système de bagues pour un ajustement, un alignement et un retrait faciles.

Rainure et vis

La rainure de clavette est une fente découpée dans l'alésage et le moyeu, permettant l'utilisation d'une clé pour verrouiller le pignon en place. Le processus inhibe le glissement et permet une transmission efficace du couple. La rainure de clavette a des tailles standard conçues en fonction du diamètre de l'arbre.

Des vis de réglage sont utilisées pour fixer correctement le pignon à l'arbre afin d'empêcher tout mouvement pendant le fonctionnement. On les trouve couramment dans les systèmes à pignons à alésage simple. Ils sont placés perpendiculairement à l’arbre et se trouvent généralement sur le moyeu. Leur conception matérielle pourrait être de l’acier trempé ou un alliage pour plus de durabilité.

Brides

Certains pignons ont des brides surélevées sur le côté des dents du pignon. Leur fonction est d’empêcher la chaîne de se déplacer dans le mauvais sens. Les brides se trouvent dans les systèmes de convoyeurs et les applications à grande vitesse.

Principe de fonctionnement d'un pignon

Phase de mobilisation

La phase d'engagement est la première phase au cours de laquelle la dent du pignon engrène avec le rouleau de chaîne. Cela commence par la rotation du pignon en synchronisation avec son arbre. Ensuite, la pointe d’une dent commence à se déplacer vers l’espace entre les rouleaux de la chaîne. Le pas du pignon et celui de la chaîne doivent s'aligner pour une approche en douceur afin d'éviter les à-coups ou les chocs.

Le profil incurvé de la dent permet au rouleau de chaîne de glisser parfaitement dans l'espace entre les dents au lieu d'entrer en collision. Cet encastrement parfait évite le stress et l'usure prématurée. Cela évite également un engagement mou et bruyant.

Phase de placement

La phase suivante est la phase d'assise, au cours de laquelle le rouleau s'installe complètement dans la courbe inférieure de la dent du pignon. Lorsque le pignon tourne, le rouleau descend le long de la dent. Ce mouvement est guidé par la configuration de la chaîne à rouleaux et la courbe des dents.

Le rouleau repose solidement dans l’espace entre deux dents du pignon. Cette phase d'assise garantit que la chaîne à rouleaux répartit uniformément la charge. A cette phase, la chaîne est désormais en position, prête pour le transfert de couple.

Il est à noter que plusieurs rouleaux s'engagent simultanément dans le pignon. De cette façon, la tension est répartie uniformément entre plusieurs rouleaux, au lieu de la mettre sur un seul. Cette répartition uniforme réduit l'usure et la friction et prolonge la durée de vie des pignons.

Phase de transfert de force

C'est la phase où le mouvement de rotation est transmis du pignon à la chaîne. Tandis que le pignon continue de bouger, la dent est poussée contre le rouleau. Cela pousse la chaîne vers l'avant, transformant le mouvement de rotation du pignon en mouvement linéaire de la chaîne. S'il est connecté à un autre pignon, la chaîne le reconvertira en mouvement rotatif au niveau du pignon mené.

Lorsqu'un rouleau commence à s'éloigner, un autre rouleau entre, c'est pourquoi la transmission de puissance est ininterrompue. Actuellement, plusieurs dents partagent la charge, ce qui la rend plus efficace que les courroies. Cette transmission de puissance ininterrompue garantit que le mouvement est toujours transféré dans une direction cohérente. Il est impossible que la chaîne recule.

En fonction du nombre de dents dans les pignons menant et mené, le couple peut être augmenté ou diminué. Qu'elle s'amplifie ou diminue, cette étape permet une manipulation précise du mouvement et de la force.

Phase de désengagement

La phase de désengagement est la phase au cours de laquelle le rouleau doit sortir de la dent du pignon en douceur pour permettre un mouvement ininterrompu. À mesure que le pignon continue de tourner, le rouleau se déplace vers le haut vers l'arrière du profil de la dent. Le profil incurvé de la dent permet au rouleau d'être libéré progressivement plutôt que brusquement.

Si le débrayage est trop brutal, la chaîne pourrait fouetter violemment. La conception appropriée des dents et la tension de la chaîne garantissent que la chaîne est alignée lorsqu'elle quitte le pignon. Lorsqu'un rouleau sort de l'espace entre les dents, un autre s'approche pour l'engagement suivant. Cela crée un cycle de travail fluide, sans pauses ni interruptions dans le système de transmission de puissance.

Les quatre phases mentionnées ci-dessus - engagement, assise, transfert de force et désengagement - aident le pignon à réaliser un cycle de travail continu. Voici un résumé du principe de fonctionnement détaillé :

● La phase d'engagement est la phase où la dent se rapproche du rouleau.

● La phase d'assise est la phase pendant laquelle les sièges des rouleaux sont fixés dans la dent du pignon.

● La phase de transfert de force est la phase où le mouvement de rotation pousse la chaîne vers l'avant.

● La phase de désengagement est la phase où le rouleau sort de l'espace entre les dents, en attendant qu'un autre s'engage.

Le cycle recommence à mesure que le pignon tourne. Ce cycle de travail fonctionne à grande vitesse et sous des applications à forte charge pendant la durée du pignon. Cependant, lorsque les choses sont maîtrisées, la durée du pignon est prolongée.

Avantages des pignons dans les systèmes de transmission

Haute efficacité dans les systèmes de transmission de puissance

Les pignons peuvent transmettre de la puissance avec une perte minimale. Comme ils s'emboîtent directement dans les maillons de la chaîne via leurs dents, ils minimisent le glissement contrairement aux systèmes à friction tels qu'une courroie. Ainsi, la majeure partie de la puissance d’entrée est effectivement transférée à l’arbre mené.

Ce niveau élevé d'efficacité se traduit par une consommation d'énergie réduite et des dépenses d'exploitation réduites dans les applications lourdes. Cela se traduit finalement par des économies de coûts et une productivité améliorée à long terme.

Faible entretien et durabilité.

Les pignons sont faciles à inspecter, à nettoyer, à lubrifier et à remplacer lorsqu'ils sont usés. La maintenance s'effectue à l'aide d'outils de base, sans intervention extérieure. En d’autres termes, ils offrent une maintenance réduite aux entreprises qui privilégient un temps d’arrêt minimal.

Les pignons sont également conçus avec des matériaux durables comme l'acier standard, l'acier inoxydable et la fonte. Ces matériaux solides les aident à résister aux charges excessives et aux environnements défavorables. Leur durabilité entraîne moins de pannes, une longue durée de vie et de faibles coûts de maintenance.

Contrôle de mouvement précis

Les pignons peuvent maintenir un contrôle précis du mouvement entre les arbres ou les pièces mobiles. Ils garantissent ainsi un timing précis des convoyeurs et des unités de traitement dans les systèmes de production. Il n'y a pas de glissement ou d'étirement qui pourrait affecter négativement la synchronisation.

Large applicabilité

Les pignons sont largement utilisés dans diverses industries, y compris celles à usage intensif. Leur polyvalence et leurs différentes tailles ont été appliquées dans l’agriculture, l’automobile, les centrales électriques, la transformation alimentaire et les systèmes d’emballage. Ainsi, ils sont considérés comme un composant universel des systèmes de transmission.

Conseils de sécurité pour les pignons

● Installation : Assurez-vous que les pignons sont correctement espacés avec la chaîne et les arbres. Vérifiez que les vis et les rainures de clavette sont correctement installées. Ne forcez pas un pignon sur un arbre, car cela pourrait affaiblir le moyeu.

● Inspection fréquente : vérifiez fréquemment l'usure, les fissures ou le désalignement. Changez les pièces usées pour éviter un engagement incompatible.

● Lubrification régulière : lubrifiez régulièrement les pièces du pignon avec la lubrification appropriée au système. Ne lubrifiez pas trop, car cela attirerait la poussière et la saleté.

● Formation : Formez correctement les opérateurs et les techniciens à l'utilisation des pignons et à la reconnaissance des premiers signes d'usure. Éduquez les opérateurs sur le port de l'équipement de protection approprié, comme des gants et des lunettes, pour éviter les accidents et autres dangers.

FAQ

Quelle est la fonction principale d'un pignon ?

L'objectif principal des pignons est de transférer le mouvement de rotation entre deux arbres, de réguler le couple et la vitesse et de maintenir un mouvement régulier et régulier. Les pignons sont utilisés dans les machines lourdes et les appareils simples comme les vélos et les motos.

Comment s'appellent les parties d'un pignon ?

Les pièces d'un pignon comprennent le moyeu, la jante, les dents, l'alésage, la rainure de clavette, les vis et les brides. Ces pièces sont essentielles au fonctionnement optimal des pignons.

Combien de types de pignons existe-t-il ?

Il existe quatre types de pignons basés sur la configuration du moyeu. Il s'agit du type A, du type B, du type C et du type D. Le type A est plat sans moyeu, le type B a un moyeu d'un côté de la plaque, le type C a des moyeux des deux côtés et le type D a également des moyeux des deux côtés mais avec une épaisseur différente.

Un pignon est-il la même chose qu'une poulie ?

Un pignon n’est pas la même chose qu’une poulie. Un pignon a des dents pour s'emboîter avec une chaîne, mais une poulie a une rainure lisse pour une courroie.

Les pignons sont-ils en acier ou en alliage ?

Les pignons peuvent être en acier ou en alliage, selon leur application. Cependant, l’acier est couramment utilisé pour supporter des charges lourdes.

Conclusion

Les pignons sont des éléments courants dans un système de transmission de conception simple. Cependant, ils constituent un atout majeur pour garantir une efficacité et une fiabilité élevées de la transmission. Comprendre leur principe de fonctionnement peut prolonger leur durée de vie et assurer un fonctionnement régulier.

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